江　政，周　勇，陈雪美，吕娜伟

(郑州大学 电气工程学院，河南 郑州 450001)



基于FPGA的电能质量监测装置设计

江政，周勇，陈雪美，吕娜伟

(郑州大学 电气工程学院，河南 郑州 450001)

摘要：为了提高电能质量监测的精度和速度，设计了以FPGA为处理控制核心的监测装置.硬件部分主要包括信号采集单元、通信单元、电源单元等.软件方面，在FPGA上定制了NIOS II的嵌入式核心，优化了数据并行处理流程，在FPGA芯片内构建锁相倍频模块和FFT谐波分析算法模块，实现了对电能质量数据的同步采样和分析.测试表明，装置具有响应速度快、测量精度高和实时性能好的特点，符合国家关于电能质量监测的标准.

关键词：电能质量；现场可编程门阵列；快速傅里叶变换

0引言

近年来，电网中各种不对称性负荷、冲击性负荷和非线性负荷不断增加，对电能质量造成不同程度的影响，这些问题已经引起了供电企业和一些敏感用户的关注，实时和连续地监测电能质量指标是发现和整治电能质量相关问题的前提条件[1-3].现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)作为专用集成电路领域中的一种半定制电路,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点[4].

从目前已有的基于FPGA的电能质量监测装置来看，文献[5]采用DSP+FPGA的设计方案，结合了两者的优点，但是结构复杂，不利于装置功能扩展，产品更新换代困难.文献[6]和文献[7]的嵌入式核心分别为uC/OS操作系统和ARM-IP核，两者均能协调装置各个单元的运行……